Введение к работе
Актуальность проблемы. Профилирование инструментов, работающих ме-одом обкатки, является наиболее сложным и трудоемким этапом проектирования аких инструментов. До сравнительно недавнего времени практиковалось использо-ание графических и графоаналитических методов профилирования, которые в на-тоящее время практически не используются ввиду их низкой точности. Разрабо-анные трудами как отечественных, так и зарубежных ученых аналитические мето-;ы намного повысили точность расчетов, но до сих пор они являются достаточно ложными и трудоемкими, требующими, к тому же, высокой квалификации испол-ителя. Объясняется это тем, что они требуют аналитического вычисления норма-ей, скоростей относительного движения и решения уравнений зацепления, кото-ые, в свою очередь, требуют аналитического вычисления частных производных по «зависимым параметрам. Появление вычислительной техники не сняло эти про-лемы, а только освободило от арифметического счета.
В настоящее время каждое решение конкретной задачи профилирования пред-тавляет одно из возможных сочетаний различных форм описания исходного про-)иля, методов профилирования и схем обкаточного движения. В литературных ис-очниках, как правило, приводятся решения конкретных обкатных задач как одно из озможных сочетаний из этих трех множеств. Это затрудняет унификацию алгорит-юв решения таких задач и создание автоматизированных систем профилирования нструментов. Практика инженеров-шіструментальщиков настоятельно требует та-ого подхода, чтобы конструктор указывал лишь закон обкаточного движения, а все стальные этапы решения задачи брала на себя единожды составленная и отлажен-:ая компьютерная программа. Только такая постановка вопроса позволит автомати-ировать процесс проектирования обкатных инструментов, поэтому разработка та-их методов профилирования является актуальной научной проблемой.
С другой стороны, сложились многолетние традиции, наработки и опыт по спользованию уже разработанных классических методов профилирования при ре-гении производственных задач. Учитывая это обстоятельство, безусловно, актуаль-ой остается и проблема упрощения и совершенствования существующих методов рофилирования.
Цель работы. Целью работы является снижение трудоемкости проектно-онструкторских работ при проектировании сложнопрофильных обкатных инстру-іентов. Поставленная цель достигается по двум направлениям: . Разработка новых методов профилирования, существенно упрощающих и унифицирующих решение любых обкатных задач; . Совершенствование и упрощение существующих методов профилирования.
По первому направлению цель достигается путем разработки теории аппрок-имационных методов профилирования, не требующих вычисления нормалей, ско-остей относительного движения и составления уравнения зацепления, работающих о единому алгоритму для любых схем обкаточного движения, любых форм описа-ия исходного профиля в любом сечении. Такой подход позволяет кардинально инфицировать и упростить решение всего многообразия обкатных задач, или, ины-[и словами, сделать его инвариантным и к двум другим множествам - методам про-іилирования и схемам обкаточного движения.
Поставленная цель в рамках второго направления достигается путем разработ-
ки такого алгоритма описания исходного профиля при всех существующих форм; его задания, чтобы нормали можно было бы вычислять по одной и той же процед ре. Этот алгоритм обеспечивает возможность решения задач классическими мет дами и для профилей, заданных в точечной форме, что в настоящее время нево можно. Иными словами, это направление позволяет сделать задачу профилироваш инвариантной к первому множеству - различным формам описания исходного пр филя.
Методы исследования. В работе использовались основные фундаментальнь положения теории зубчатых зацеплений и дифференциальной геометрии, векторні и матричное исчисления, теория сплайн-аппроксимации. Моделирование процесс< профилирования выполнялось с использованием современных вычислительнь средств и программного обеспечения.
Научная новизна работы.
-
Разработана теория двух аппроксимационных методов профилирования - минимаксного и метода сопряжения, которые позволяют решать обкатные задачи бе; вычисления нормалей, скоростей относительного движения и составления уравнения связи по единому алгоритму для любых форм описания исходного профи ля в любом сечении, любых схем обкаточного движения, причем, как для плоских задач профилирования, так и для пространственных.
-
Разработан математический аппарат для описания исходного профиля, основанный на сплайн-аппроксимационном подходе, что позволило создать единый алгоритм и подпрограмму для описания исходного профиля и вычисления ортов нормалей при всех формах его задания, в том числе и точечной. Это позволило сделать решение задач профилирования классическими методами инвариантными ко всем формам описания исходного профиля и намного их упростить.
Автор защищает: S теорию аппроксимационных методов профилирования, позволяющую решать об
катные задачи без вычисления нормалей, скоростей относительного движения и
составления уравнения связи по единому алгоритму как для плоских, так и для
пространственных схем зацепления; ^ сгаїайн-аппроксимационньїй подход к описанию исходного профиля.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций определи ется математической корректностью постановки задачи, подтверждается вьптолнеї ными исследованиями точности профилирования путем сравнения с результатам] полученными классическими методами.
Практическая значимость полученных результатов. Теоретические разр; ботки, направленные на снижение трудоемкости и повышение унификации профі лирования обкатных инструментов, реализованы в виде: ^ алгоритмов и подпрограмм двух аппроксимационных метода профилировать
которые позволяют унифицировать решение любых обкатные задач как плоски:
так и пространственных; S алгоритмов и подпрограмм сплайн-аппроксимационного подхода к описанию и<
ходного профиля; S пакета прикладных программ для решения наиболее распространенных обкатны
задач аппроксимационными методами непосредственно инженерами-инструмен-
альщиками в техбюро инструментальных цехов машиностроительных предпрі
ятий, а также в учебном процессе вузов.
Реализация работы. Основные положения работы нашли практическое применив при выполнении ряда хоздоговорных работ с ОАО «Сестрорецкий инстру-гнтальный завод», АО «Завод Редуктор», АО «АвтоВАЗ», АООТ «Подъем-іансмаш», НПК «Ресурс» (г.Днепропетровск), ГП НПО ТЕХНОМАШ и другими )едприятиями, внедрены в учебный процесс в СПбТТУ в курсе «Автоматизиро-тное проектирование режущих инструментов».
Апробация работы. Основные положения и результаты работы: изложены в 38 печатных публикациях;
докладывались на научно-технических конференциях и семинарах, в том числе на семинаре "Прогрессивный инструмент и его эффективное использование на металлорежущих станках" (Ленинград, 1983), на семинаре "Автоматизация расчетов металлорежущих инструментов с помощью ЭВМ" (Челябинск, 1984), на Республиканской конференции "Роль инженерной графики и машинного проектирования в подготовке специалистов для народного хозяйства" (Ленинград, 1984), на XII конференции инструментальщиков Урала " Механизация ручных работ и трудоемких технических процессов в инструментальном производстве" (Пермь, 1985), на зональной конференции " Рациональное использование режущего инструмента на станках с ЧПУ и обрабатывающих центрах" (Пенза, 1987), на межреспубликанской конференции "Проблемы автоматизации технологических процессов в машиностроении" (Волгоград, 1989), на семинаре "Новые высокопроизводительные конструкции режущего инструмента в машиностроении" (Ленинград, 1990), на Республиканской конференции "Повышение эффективности производства машиностроительных предприятий" (Душанбе, 1990), на региональной конференции "Перспективные направления развития машиностроения Забайкалья" (Чита, 1991), на семинаре по совершенствованию механообрабаты-вающих производств (НТФ "Технокон", Санкт-Петербург, 1998), на семинаре инструментальщиков Северо-Запада (НТФ "Технокон", Санкт-Петербург, 1999); на заседании секции "Промышленность Санкт-Петербурга" Инженерной Академии СПб (1999), заседании кафедры ГАК СПбТТУ (2000 );
подтверждены практикой при выполнении хоздоговорных научно-исследовательских работ с ОАО «Сестрорецкий инструментальный завод», АО «Завод Редуктор», АО «АвтоВАЗ», АООТ «Подъемтрансмаш», НІЖ «Ресурс» (г.Днепропетровск), ГП НПО ТЕХНОМАШ и другими предприятиями.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, шести ав, основных выводов, приложения, содержащего листинги основных компьютерах программ и акты внедрения результатов работы, списка литературы из 217 на-іенований. Общий объем работы - 202 страницы, в том числе 138 рисунков и 2 блицы.